一种基于局部磁场调控压磁-压电半导体器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于局部磁场调控的压磁‑压电半导体器件，涉及半导体设计技术领域，该压磁‑压电半导体器件由第一压磁层、第二压磁层、压电半导体层、电极、线圈、直流电流源、电源构成；所述压电半导体层的两端分别与电极固定连接，电极与电源串联；所述第一压磁层、压电半导体层和第二压磁层依次连接，且所述第一压磁层、第二压磁层与压电半导体层设置于线圈中，所述线圈的两端与直流电流源串联。不同于传统PN结局限于正向电路导通和反向电路截止，该器件可实现正向电路导通、电路截止和反向电路导通，即电路的三种状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局部磁场调控压磁-压电半导体器件
本技术属于半导体设计
，具体地，涉及一种基于局部磁场调控压磁-压电半导体器件。
技术介绍
二极管是一种应用广泛的半导体器件，为一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结，加上相应的电极引线封装而成。其工作原理是利用PN结的单向导电性，即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，PN结呈现低阻性，二极管导通；给阳极和阴极加上反向电压时，PN结呈现高阻性，二极管截至。二极管的导通与截至，相当于开关的单向接通与断开，即“1”和“0”。反向电压过大时，产生隧道击穿或雪崩击穿，致使电流急剧增大，二极管失去单向导电性，若对电流不加限制，都可能造成PN结的永久性损坏。对于一些需要双向导通与断开的稳定开关，二极管不能满足要求。压电电子学的核心在于通过压电半导体材料内的压电电势来调控载流子的输运特性。传统的半导体材料制成的PN结一旦形成，相应的特性不能改变；压电半导体材料制成的PN结可以基于压电效应形成“变形-极化-载流子”的耦合，即通过应变来间接调控载流子的输运特性，可以广泛应用于传感器、光电子器件、电化学催化等领域。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提出了一种基于局部磁场调控压磁-压电半导体器件，突破了传统PN结单向导通的局限，避免了因为反向电压而永久损坏的可能。为了实现上述目的，本技术的技术方案是：一种基于局部磁场调控的压磁-压电半导体器件，所述压磁-压电半导体器件由第一压磁层、第二压磁层、压电半导体层、电极、线圈、直流电流源、电源构成；所述压电半导体层的两端分别与电极固定连接，电极与电源串联；所述第一压磁层、压电半导体层和第二压磁层依次连接，且所述第一压磁层、第二压磁层与压电半导体层设置于线圈中，所述线圈的两端与直流电流源串联。进一步地，所述第一压磁层、第二压磁层的长度相等，且均为压电半导体层长度的0.01～0.5；所述压电半导体层的长度为0.1～10μm。进一步地，所述第一压磁层、第二压磁层的厚度相等，且均为压电半导体层中央厚度的1/6～2倍。进一步地，所述第一压磁层、第二压磁层为同种压磁材料。进一步地，所述线圈产生的磁场方向与第一压磁层、第二压磁层的极化轴方向相同。进一步地，所述线圈产生的磁场强度H为：其中，n为线圈的匝数；I为流过线圈的电流大小，l为单匝线圈的长度。进一步地，所述单匝线圈的长度为1～10cm。进一步地，所述第一压磁层、第二压磁层与压电半导体层的宽度相等。进一步地，所述第一压磁层、第二压磁层与压电半导体层的宽度和总厚度均不超过压电半导体层长度的0.1。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：不同于P型半导体和N型半导体形成的PN结，单向电路导通，电路截止以及反向电压过大引起的击穿和可能的永久损坏。该器件由第一压磁层、第二压磁层和压电半导体层形成一个复合结构，当给压电半导体层的左右两端加正向或反向电压时，对该器件施加磁场，间接在压电半导体层的局部形成势垒势阱，可实现电信号的正向电路导通、电路截至、反向电路导通，即电路的三种状态，且此器件较PN结更加安全和稳定。该压磁-压电半导体器件形成“磁场-变形-极化-载流子”的耦合，可以通过非接触式和穿透性强的磁场来间接调控载流子的输运特性。附图说明图1是本技术提供的压磁-压电半导体器件性能模拟图：图1A为不同磁场强度下的电流密度-V曲线；图1B为不同电压下的电势-z曲线，即压电半导体层的电势在长度方向的分布图；图2是实施例1提供的压磁-压电半导体器件结构示意图；图3是实施例2提供的压磁-压电半导体器件结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。此处所描述的仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。本技术提供了一种基于局部压磁-压电半导体器件，该压磁-压电半导体器件由第一压磁层2、第二压磁层3、压电半导体层1、电极4、线圈6、直流电流源7、电源5构成；所述压电半导体层1的两端分别与电极4固定连接，电极4与电源5串联，通过此电源5来调节两个电极4上的电压，即获得压电半导体层1左右两端的电压。所述第一压磁层2、压电半导体层1和第二压磁层3依次连接，且所述第一压磁层2、第二压磁层3与压电半导体层1设置于线圈6中，所述线圈6的两端与直流电流7源串联。本领域技术人员可知，压电半导体兼有压电效应和半导体两种物理性能。常见的有Ⅱ-Ⅵ族化合物如CdS、CdSe、ZnO、ZnS、CdTe、ZnTe等，Ⅲ-Ⅴ族化合物如GaAs、GaSb、InAs、InSb、AIN等。所述第一压磁层2、第二压磁层3选用同种压磁材料，常见的压磁材料有金属压磁材料，铁氧体压磁材料和稀土压磁材料。且第一压磁层2、第二压磁层3的长度、宽度、厚度相等，所述压电半导体层1的长度为0.1～10μm，所述第一压磁层2、第二压磁层3的长度均为压电半导体层1长度的0.01～0.5，所述第一压磁层2、第二压磁层3的宽度与压电半导体层1的宽度相等，所述第一压磁层2、第二压磁层3的厚度均为压电半导体层1中央厚度的1/6～2倍，所述第一压磁层2、第二压磁层3与压电半导体层1的宽度和总厚度均不超过压电半导体层1长度的0.1。所述第一压磁层2、第二压磁层3在磁场作用下产生相同的纵向伸缩，在压电半导体层1的上下两侧引起相同的应变。由于压电效应，压电半导体层1的应变引起压电半导体层1中部的纵向的势阱势垒，影响载流子的输运特性。在所述压电半导体层1两端施加电压，可以认为压电半导体层1的电势和电流都沿着其轴向，且只与轴向的位置有关。且此时流经压电半导体层1的电流对磁场的变化更为敏感。所述线圈6产生的磁场方向与第一压磁层2、第二压磁层3的极化轴方向相同，通过调整线圈6的匝数、单匝长度和电流大小来确定磁场的大小，所述线圈6产生的磁场强度H为：其中，n为线圈的匝数；I为流过线圈的电流大小，l为单匝线圈的长度，单匝线圈的长度越小越好，这样便于通过较小的电流大小变化实现较大的磁场大小变化，因此将单匝线圈的长度设置为1～10cm。线圈6通电产生磁场，该压磁-压电半导体器件的磁场方向沿第一压磁层2以及第二压磁层3的极化方向。由于磁致伸缩效应，局部第一压磁层2、第二压磁层3产生纵向应变。由于第一压磁层2、压电半导体层1和第二压磁层3依次连接，因而第一压磁层2、第二压磁层3的应变引起压电半导体层1的局部产生纵向应变。由于压电效应，进一步在压电半导体层1的局部范围形成势阱势垒，磁场强度越大，此势阱势垒越显著。当施加磁场强度大小不变时，可以通过在压电半导体层1的两端施加电压来控制电路的状态。若正向电压足够大以克服势阱势垒，即正向电压超过正向电路导通与断开的电压阈值，则电路正向导通；若反向电压足够大以克服势阱势垒，即反向电压超过反向电路导通与断开的电压阈值，则电路反向导通；若两端电压不够大，即电压在上述两个电压阈值的范围内，则电路不能导通。同时，压电半导体层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于局部磁场调控的压磁-压电半导体器件，其特征在于，所述压磁-压电半导体器件由第一压磁层(2)、第二压磁层(3)、压电半导体层(1)、电极(4)、线圈(6)、直流电流源(7)、电源(5)构成；所述压电半导体层(1)的两端分别与电极(4)固定连接，电极(4)与电源(5)串联；所述第一压磁层(2)、压电半导体层(1)和第二压磁层(3)依次连接，且所述第一压磁层(2)、第二压磁层(3)与压电半导体层(1)设置于线圈(6)中，所述线圈(6)的两端与直流电流源(7)串联。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于局部磁场调控的压磁-压电半导体器件，其特征在于，所述压磁-压电半导体器件由第一压磁层(2)、第二压磁层(3)、压电半导体层(1)、电极(4)、线圈(6)、直流电流源(7)、电源(5)构成；所述压电半导体层(1)的两端分别与电极(4)固定连接，电极(4)与电源(5)串联；所述第一压磁层(2)、压电半导体层(1)和第二压磁层(3)依次连接，且所述第一压磁层(2)、第二压磁层(3)与压电半导体层(1)设置于线圈(6)中，所述线圈(6)的两端与直流电流源(7)串联。


2.根据权利要求1所述压磁-压电半导体器件，其特征在于，所述第一压磁层(2)、第二压磁层(3)的长度相等，且均为压电半导体层(1)长度的0.01～0.5；所述压电半导体层(1)的长度为0.1～10μm。


3.根据权利要求1所述压磁-压电半导体器件，其特征在于，所述第一压磁层(2)、第二压磁层(3)的厚度相等，且均为压电半导体层(1)中央厚度的1/6～2倍。


4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春利，梁超，杨嘉实，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33